JP2012257404A - 受電装置、車両、送電装置、および非接触給電システム - Google Patents

Abstract

【課題】非接触給電システムにおいて、送電装置と受電装置との間の異物を適切に検出するとともに、当該異物に対する影響を抑制する。
【解決手段】非接触給電システム１０は、電磁共鳴によって送電部２２０から受電部２１０へ非接触で電力を転送する。非接触給電システム１０は、送電部２２０と受電部１１０との間に進入する物体の動きを検出するための赤外線センサ１２２と、送電部２２０と受電部１１０との間の温度分布に関する情報を検出するためのサーモカメラ１２０とを含む。車両ＥＣＵ１８０は、赤外線センサ１２２およびサーモカメラ１２０によって検出された情報に基づいて、送電部２２０と受電部１１０との間の異物の有無を判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、受電装置、車両、送電装置、および非接触給電システムに関し、より特定的には、電磁共鳴により電力を転送する非接触給電技術に関する。

環境に配慮した車両として、電気自動車やハイブリッド車などの車両が大きく注目されている。これらの車両は、走行駆動力を発生する電動機と、その電動機に供給される電力を蓄える再充電可能な蓄電装置とを搭載する。なお、ハイブリッド車には、電動機とともに内燃機関をさらに動力源として搭載した車両や、車両駆動用の直流電源として蓄電装置とともに燃料電池をさらに搭載した車両等が含まれる。

このような車両に対して車両外部の電源からの電力を送電する方法として、電源コードや送電ケーブルを用いないワイヤレス送電が近年注目されている。このワイヤレス送電技術としては、有力なものとして、電磁誘導を用いた送電、マイクロ波などの電磁波を用いた送電、および共鳴法による送電の３つの技術が知られている。

このうち、共鳴法は、一対の共鳴器（たとえば一対の共鳴コイル）を電磁場（近接場）において共鳴させ、電磁場を介して送電する非接触の送電技術であり、数ｋＷの大電力を比較的長距離（たとえば数ｍ）送電することが可能である。

このように、共鳴法を用いた送電においては、送電装置と受電装置との間の距離を比較的大きくすることができるので、送電装置と受電装置との間に物体が進入することが考えられる。

特開２０１０−２５２４９８号公報（特許文献１）は、共鳴法を用いた非接触充電システムにおいて、カメラや赤外線センサを利用して送受電部間に進入する物体を検出し、物体の進入を検知した場合に警報を出力する構成を開示する。

特開２０１０−２５２４９８号公報 特開２００７−２６７５７８号公報 特開２００４−２０８３８３号公報

特開２０１０−２５２４９８号公報（特許文献１）には、送受電部間への物体の進入の検出にカメラや赤外線センサを利用してもよいことが記載されてはいるものの、これらの機器を用いた具体的な検出の詳細な手順については検討されていない。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、非接触給電システムにおいて、送電装置と受電装置との間の異物を適切に検出するとともに、当該異物に対する影響を抑制することである。

本発明による受電装置は、受電部と、蓄電装置と、第１お第２の検出装置と、制御装置とを備え、送電装置から転送される電力を電磁共鳴によって非接触で受電する。受電部は、送電装置に含まれる送電部と電磁共鳴することによって送電装置からの電力を受電する。蓄電装置は、受電部で受電された電力を蓄える。第１の検出装置は、送電部と受電部との間に進入する物体の動きを検出する。第２の検出装置は、送電部と受電部との間の温度分布に関する情報を検出する。制御装置は、第１および第２の検出装置によって検出された情報に基づいて、送電部と受電部との間の異物の有無を判定する。

好ましくは、制御装置は、第１の検出装置により進入する物体がないことが検出された場合は、送電装置からの送電動作を実行させつつ、第２の検出装置により温度分布に関する情報を検出する。

好ましくは、制御装置は、第２の検出装置により検出された温度分布に関する情報によって、第１のしきい値を上回る温度を有する物体が検出された場合は、送電装置からの送電動作を予め定められた期間停止する。

好ましくは、制御装置は、予め定められた期間が経過後、第１のしきい値を上回る温度を有していた物体の温度が、第１のしきい値よりも小さい第２のしきい値を下回った場合は、ユーザに通知を行なう。

好ましくは、制御装置は、第１のしきい値と第２のしきい値との間の値を有する第３のしきい値を有する。制御装置は、予め定められた期間が経過後、第１のしきい値を上回る温度を有していた物体の温度が、第２のしきい値と第３のしきい値との間の値を示す場合は、送電装置からの送電動作を再開させる。

好ましくは、制御装置は、第１のしきい値と第２のしきい値との間の値を有する第３のしきい値を有する。制御装置は、予め定められた期間が経過後、第１のしきい値を上回る温度を有していた物体の温度が、第１のしきい値と第３のしきい値との間の値を示す場合は、ユーザに温度異常であることを通知する。

好ましくは、制御装置は、第１の検出装置により進入した物体があることが検出された場合は、所定期間が経過するまで、送電装置からの送電電力を予め定められた基準電力よりも小さく設定する。

好ましくは、所定期間の間、進入した物体に対して警告を出力するための警報出力部をさらに備える。

好ましくは、制御装置は、所定期間が経過した後において、さらに第１の検出装置により進入物体があることが検出された場合には、送電装置からの送電動作を停止させる。

好ましくは、制御装置は、所定期間が経過した後において、さらに第１の検出装置により進入した物体があることが検出された場合には、ユーザに通知を行なう。

好ましくは、第１の検出装置は、赤外線センサを含む。
好ましくは、第２の検出装置は、サーモカメラを含む。

好ましくは、第１および第２の検出装置の検出範囲は、送電部と受電部との間において電磁界が生じる範囲が含まれるように設定される。

本発明による車両は、受電部と、蓄電装置と、駆動装置と、第１および第２の検出装置と、制御装置とを備える。受電部は、送電装置に含まれる送電部と電磁共鳴することによって送電装置からの電力を非接触で受電する。蓄電装置と、受電部で受電された電力を蓄える。駆動装置は、蓄電装置からの電力を用いて走行駆動力を生成する。第１の検出装置は、送電部と受電部との間に進入する物体の動きを検出する。第２の検出装置は、送電部と受電部との間の温度分布に関する情報を検出する。制御装置は、第１および第２の検出装置によって検出された情報に基づいて、送電部と受電部との間の異物の有無を判定する。

好ましくは、第１の検出装置は、その検出視野の方向が、車両の底面における長手方向となるように配置される。

好ましくは、第２の検出装置は、その検出視野の方向が、車両の底面における長手方向となるように配置される。

本発明による送電装置は、送電部と、第１および第２の検出装置と、制御装置とを備え、電磁共鳴によって受電装置へ非接触で電力を送電する。送電部は、受電装置に含まれる受電部と電磁共鳴することによって受電装置へ電力を送電する。第１の検出装置は、送電部と受電部との間に進入する物体の動きを検出する。第２の検出装置は、送電部と受電部との間の温度分布に関する情報を検出する。制御装置は、第１および第２の検出装置によって検出された情報に基づいて、送電部と受電部との間の異物の有無を判定する。

本発明による非接触給電システムは、送電部を含む送電装置と、受電装置と、第１および第２の検出装置と、制御装置とを備え、電磁共鳴によって非接触で電力を転送する。受電装置は、送電部と電磁共鳴を行なう受電部を含む。第１の検出装置は、送電部と受電部との間に進入する物体の動きを検出する。第２の検出装置は、送電部と受電部との間の温度分布に関する情報を検出する。制御装置は、第１および第２の検出装置によって検出された情報に基づいて、送電部と受電部との間の異物の有無を判定する。

本発明によれば、非接触給電システムにおいて、送電装置と受電装置との間の異物を適切に検出するとともに、当該異物に対する影響を抑制することができる。

実施の形態１に従う非接触給電システムの全体ブロック図である。 共鳴法による送電の原理を説明するための図である。 電流源（磁流源）からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。 実施の形態１における、サーモカメラおよび赤外線センサの平面配置の一例を示す図である。 実施の形態１において、車両ＥＣＵで実行される異物検出制御処理を説明するためのフローチャートである。 図５のステップＳ１４０における処理の詳細を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２に従う非接触給電システムの全体ブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態に従う非接触給電システム１０の全体構成図である。図１を参照して、非接触給電システムは、車両１００と、給電装置２００とを備える。車両１００は、受電部１１０と、整流器１３０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０と、蓄電装置１５０とを含む。また、車両１００は、パワーコントロールユニット（以下「ＰＣＵ（Power Control Unit）」とも称する。）１６０と、モータジェネレータ１７０と、車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１８０と、通信部１９０と、表示部１９５と、警報出力部１９７と、サーモカメラ１２０と、赤外線センサ１２２とをさらに含む。受電部１１０は、二次共鳴コイル１１１と、コンデンサ１１２と、二次コイル１１３とを含む。

なお、車両１００の構成は、モータにより駆動される車両であれば、図１に示される構成に限らない。たとえば、モータと内燃機関とを備えるハイブリッド車両や、燃料電池を備える燃料電池自動車などを含む。

また、給電装置２００は、交流電源２１０と、送電部２２０と、高周波電源２３０と、整合器２４０と、通信部２５０と、給電ＥＣＵ２６０とを備える。送電部２２０は、一次共鳴コイル２２１と、コンデンサ２２２と、一次コイル２２３とを含む。

まず、車両１００の構成について説明する。受電部１１０に含まれる二次共鳴コイル１１１は、たとえば車体下部に配置される。二次共鳴コイル１１１の両端にはコンデンサ１１２が接続され、ＬＣ共振器を形成する。二次共鳴コイル１１１は、給電装置２００の一次共鳴コイル２２１と電磁場を介して共鳴することにより給電装置２００から電力を受電する。なお、二次共鳴コイル１１１の浮遊容量により所望の共振周波数が得られる場合には、コンデンサ１１２は省略されてもよい。

二次共鳴コイル１１１は、給電装置２００の一次共鳴コイル２２１との距離や、一次共鳴コイル２２１および二次共鳴コイル１１１の共鳴周波数等に基づいて、一次共鳴コイル２２１と二次共鳴コイル１１１との共鳴強度を示すＱ値（たとえば、Ｑ＞１００）およびその結合度を示すκ等が大きくなるようにその巻数が適宜設定される。

二次コイル１１３は、二次共鳴コイル１１１と同軸上に配設され、電磁誘導により二次共鳴コイル１１１と磁気的に結合可能である。この二次コイル１１３は、二次共鳴コイル１１１により受電された電力を電磁誘導により取出して整流器１３０へ出力する。

整流器１３０は、二次コイル１１３によって取出された交流電力を整流する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０は、車両ＥＣＵ１８０からの制御信号により制御され、整流器１３０によって整流された電力を蓄電装置１５０の電圧レベルに変換して蓄電装置１５０へ出力する。なお、車両の走行中に給電装置２００から受電する場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０は、整流器１３０によって整流された電力をシステム電圧に変換してＰＣＵ１６０へ直接供給してもよい。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０は必ずしも必要ではなく、受電電圧が蓄電装置１５０の充電電圧に適合している場合には、二次コイル１１３によって取出された交流電力が整流器１３０によって整流された後に直接蓄電装置１５０に与えられるようにしてもよい。

蓄電装置１５０は、再充電可能な直流電源であり、たとえばリチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池を含んで構成される。蓄電装置１５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０から供給される電力を蓄えるほか、モータジェネレータ１７０によって発電される回生電力も蓄える。そして、蓄電装置１５０は、その蓄えた電力をＰＣＵ１６０へ供給する。なお、蓄電装置１５０として大容量のキャパシタも採用可能であり、給電装置２００から供給される電力やモータジェネレータ１７０からの回生電力を一時的に蓄え、その蓄えた電力をＰＣＵ１６０へ供給可能な電力バッファであれば如何なるものでもよい。

ＰＣＵ１６０は、蓄電装置１５０から出力される電力、あるいはＤＣ／ＤＣコンバータ１４０から直接供給される電力によってモータジェネレータ１７０を駆動する。また、ＰＣＵ１６０は、モータジェネレータ１７０により発電された回生電力を整流して蓄電装置１５０へ充電電力を出力する。モータジェネレータ１７０は、ＰＣＵ１６０によって駆動され、車両駆動力を発生して駆動輪へ出力する。また、モータジェネレータ１７０は、駆動輪や、ハイブリッド車両の場合にはエンジン（図示せず）から与えられる回転力により発電し、その発電した回生電力をＰＣＵ１６０へ出力する。

車両ＥＣＵ１８０は、給電装置２００から車両１００への給電時に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０を制御する。車両ＥＣＵ１８０は、たとえば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０を制御することによって、整流器１３０とＤＣ／ＤＣコンバータ１４０との間の電圧を所定の目標電圧に制御する。また、車両ＥＣＵ１８０は、車両の走行時、車両の走行状況や蓄電装置１５０の充電状態（「ＳＯＣ（State Of Charge）」とも称される。）に基づいてＰＣＵ１６０を制御する。

通信部１９０は、給電装置２００と通信するためのインターフェースである。通信部１９０は、車両の仕様や蓄電装置１５０のＳＯＣなどの車両情報、ならびに給電の開始／停止を指示する信号などを車両ＥＣＵ１８０から受け、給電装置２００の通信部２５０を介して給電ＥＣＵ２６０へ送信する。また、通信部１９０は、給電装置２００から送信される情報を受信し、受信した信号を車両ＥＣＵ１８０へ出力する。

表示部１９５は、ユーザに対して情報を通知するためのインターフェースである。表示部１９５は、車両ＥＣＵ１８０からの表示情報を表示する。表示部１９５としては、たとえば、ランプやＬＥＤなどの表示灯や、液晶パネルなどの表示画面などが含まれる。

警報出力部１９７は、車両ＥＣＵ１８０からの指令を受けて、車両外部へ警告音を出力する。

サーモカメラ１２０および赤外線センサ１２２は、車両１００の底面に設けられる。サーモカメラ１２０および赤外線センサ１２２は、給電装置２００から車両１００への送電が実行されている間に、受電部１１０と送電部２２０との間の異物の有無を検出するための機器である。サーモカメラ１２０および赤外線センサ１２２の配置については、図４にて後述する。

サーモカメラ１２０は、検出範囲内の温度分布を検出するためのセンサである。サーモカメラ１２０は、検出した温度分布を画像として出力したり、検出範囲内の最高温度／最低温度やそれらの位置を数値として出力したりすることができる。サーモカメラ１２０は、検出したこのような温度分布に関連する情報を車両ＥＣＵ１８０に出力する。サーモカメラ１２０を用いることによって、検出範囲内における発熱物を検出することができる。

赤外線センサ１２２は、いわゆる人感センサ、パッシブセンサとも称されるセンサであり、赤外線を用いて、検出範囲内において熱を有する物体の動きを検出するセンサである。なお、実施の形態１においては、赤外線を用いたセンサの場合の例を示すが、上述のように、検出範囲内の物体の動きを検出することができるセンサであれば、赤外線以外によるセンサを用いてもよい。

次に、給電装置２００の構成について説明する。交流電源２１０は、車両外部の電源であり、たとえば商用電源である。高周波電源２３０は、交流電源２１０から受ける電力を高周波の電力に変換し、その変換した高周波電力を、整合器２４０を介して送電部２２０の一次コイル２２３へ供給する。なお、高周波電源２３０が生成する高周波電力の周波数は、たとえば１Ｍ〜数十ＭＨｚである。

一次コイル２２３は、一次共鳴コイル２２１と同軸上に配設され、電磁誘導により一次共鳴コイル２２１と磁気的に結合可能である。そして、一次コイル２２３は、高周波電源２３０から供給される高周波電力を電磁誘導により一次共鳴コイル２２１へ給電する。

一次共鳴コイル２２１は、たとえば地面近傍に設置される。一次共鳴コイル２２１の両端にはコンデンサ２２２が接続され、ＬＣ共振器を形成する、一次共鳴コイル２２１は、車両１００の二次共鳴コイル１１１と電磁場を介して共鳴することにより車両１００へ電力を送電する。なお、一次共鳴コイル２２１の浮遊容量により所望の共振周波数が得られる場合には、コンデンサ２２２は省略されてもよい。

一次共鳴コイル２２１は、車両１００の二次共鳴コイル１１１との距離や、一次共鳴コイル２２１および二次共鳴コイル１１１の共鳴周波数等に基づいて、Ｑ値（たとえば、Ｑ＞１００）および結合度κ等が大きくなるようにその巻数が適宜設定される。

整合器２４０は、たとえば、リアクトルおよび可変コンデンサなどを含んで構成される。整合器２４０は、受電部１１０と送電部２２０との位置ずれなどに起因して生じ得る、給電装置２００および車両１００のインピーダンスの差を調整し、送電効率を改善するための機器である。

通信部２５０は、上述のように、車両１００に含まれる通信部１９０と無線通信により情報の授受を行なう。

次に、図２および図３を用いて、共鳴法による送電の概略について説明する。図２は、共鳴法による送電の原理を説明するための図である。

図２を参照して、この共鳴法では、２つの音叉が共鳴するのと同様に、同じ固有振動数を有する２つのＬＣ共振コイルが電磁場（近接場）において共鳴することによって、一方のコイルから他方のコイルへ電磁場を介して電力が伝送される。

具体的には、電源３００に一次コイル２２３を接続し、電磁誘導により一次コイル２２３と磁気的に結合される一次共鳴コイル２２１へ、１Ｍ〜数十ＭＨｚの高周波電力を給電する。一次共鳴コイル２２１は、コイル自身のインダクタンスと浮遊容量（コイルにコンデンサ２２２が接続される場合には、コンデンサ２２２の容量を含む）とによるＬＣ共振器であり、一次共鳴コイル２２１と同じ共振周波数を有する二次共鳴コイル１１１と電磁場（近接場）を介して共鳴する。そうすると、一次共鳴コイル２２１から二次共鳴コイル１１１へ電磁場を介してエネルギ（電力）が移動する。二次共鳴コイル１１１へ移動したエネルギ（電力）は、電磁誘導により二次共鳴コイル１１１と磁気的に結合される二次コイル１１３によって取出され、負荷６００へ供給される。なお、共鳴法による送電は、一次共鳴コイル２２１と二次共鳴コイル１１１との共鳴強度を示すＱ値が、たとえば１００よりも大きいときに実現される。

なお、図１との対応関係について説明すると、図２の電源３００は、図１における交流電源２１０、高周波電源２３０および整合器２４０を総括的に示したものである。また、負荷６００は、図１の整流器１３０以降の機器をと総括的に示したものである。

図３は、電流源（磁流源）からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。図３を参照して、電磁界は３つの成分から成る。曲線ｋ１は、波源からの距離に反比例した成分であり、「輻射電磁界」と称される。曲線ｋ２は、波源からの距離の２乗に反比例した成分であり、「誘導電磁界」と称される。また、曲線ｋ３は、波源からの距離の３乗に反比例した成分であり、「静電磁界」と称される。

「静電磁界」は、波源からの距離とともに急激に電磁波の強度が減少する領域であり、共鳴法では、この「静電磁界」が支配的な近接場（エバネッセント場）を利用してエネルギ（電力）の伝送が行なわれる。すなわち、「静電磁界」が支配的な近接場において、同じ固有振動数を有する一対の共鳴器（たとえば一対のＬＣ共振器）を共鳴させることにより、一方の共鳴器（一次共鳴コイル）から他方の共鳴器（二次共鳴コイル）へエネルギ（電力）を伝送する。この「静電磁界」は遠方にエネルギを伝播しないので、遠方までエネルギを伝播する「輻射電磁界」によってエネルギ（電力）を伝送する電磁波に比べて、共鳴法は、より少ないエネルギ損失で送電することができる。

共鳴法による電力の伝送においては、まず高周波電源２３０から受ける電力が、一次コイル２２３から一次共鳴コイル２２１に電磁誘導によって伝送される。そして、一次共鳴コイル２２１は、コイル自身のインダクタンスおよび浮遊容量（コイルにコンデンサが接続される場合には、コンデンサの容量を含む）に、伝送された電力を蓄えるとともに、自己共振を行なうことで電磁場を発生する。

上述のように、共鳴法による電力伝送においては、送電部と受電部との間の距離を比較的大きくても送電を行なうことができる。そのため、送電を行なっている間に、送電部と受電部との間に、犬や猫などの小動物、あるいはその他の物体が進入することが考えられる。

図２および図３で説明したように、共鳴法においては、送電部と受電部との間に生じる電磁界を介して送電部および受電部を共鳴させることにより電力を伝達する。そのため給電動作を実行している間は、送電部と受電部との間、およびその周囲には高周波の電磁界が生じる。この電磁界中に異物がある場合、異物による寄生容量の影響により送電効率が低下したり、異物に対して影響を及ぼしたりするおそれがある。特に、金属物体の場合には、電磁誘導によって発熱を生じてしまうおそれがある。

そのため、共鳴法による電力伝送においては、電磁界が生じる領域内の異物を検出するとともに、異物が検出された場合には、当該異物への影響を低減することが必要となる。

図４は、図１で示したサーモカメラ１２０および赤外線センサ１２２の配置を説明するための図である。

図４を参照して、サーモカメラ１２０は、車両１００の底面における車両後方部に、その検出範囲（検出視野）ＡＲ２が車両の前進方向に向けられるように配置される。さらに、サーモカメラ１２０の検出範囲ＡＲ２は、送電部２２０および受電部１１０との間で生じる電磁界の発生領域ＡＲ１が含まれるように配置される。このような配置とすることによって、送電動作が実行される際に、電磁界発生領域ＡＲ１およびその周辺の温度分布を検出することができる。

なお、サーモカメラ１２０の配置は、車両後方部に限定されないが、日射等の外部からの影響を少なくすることができるように、車両１００の長手方向に検出範囲が向けられるようにすることがより好ましい。サーモカメラ１２０は、車両前方部から後進方向に検出範囲が向けられるように配置されてもよい。

図４においては、２つの赤外線センサ１２２が設けられる例が示される。一方の赤外線センサは、サーモカメラ１２０と同様に、車両後方部から車両の前進方向に検出範囲が向けられるように配置される。他方の赤外線センサは、反対に、車両前方部から車両の後進方向に検出範囲が向けられるように配置される。そして、この２つの赤外線センサ１２２による全体の検出範囲が、電磁界発生領域ＡＲ１を含むように配置される。なお、１つの赤外線センサの検出範囲によって、電磁界発生領域ＡＲ１をカバーできる場合には、赤外線センサ１２２の数を１つとしてもよい。

図４のように、サーモカメラ１２０が検出する検出方向と、赤外線センサ１２２が検出する検出方向とが送受電部を挟んで対向するように、サーモカメラ１２０および赤外線センサ１２２を配置することで、送受電部間の検出範囲内に互いの機器が進入してしまうことがなくなり異物の検出を精度よく行なうことが可能となる。

図５は、実施の形態１において、車両ＥＣＵで実行される異物検出制御処理を説明するためのフローチャートである。図５および後述する図６に示すフローチャートは、車両ＥＣＵ１８０に予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。

図１および図５を参照して、ユーザにより受電部１１０が送電部２２０の上方となるように車両１００の駐車が行なわれると、車両ＥＣＵ１８０は、ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、ユーザからの充電開始要求を受けたか否かを判定する。

充電開始要求を受けていない場合（Ｓ１００にてＮＯ）は、電磁界が発生されないので、車両ＥＣＵ１８０は、以降の処理をスキップして当該処理を終了する。

充電開始要求を受けた場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）は、処理がＳ１１０に進められ、車両ＥＣＵ１８０は、赤外線センサ１２２を起動し、電磁界が発生されるべき領域内に物体が進入したか否かを検出する（Ｓ１２０）。

進入物体が検出されない場合（Ｓ１２０にてＮＯ）は、処理がＳ１３０に進められて、車両ＥＣＵ１８０は、給電装置２００に送電開始指令を出力し、給電装置２００に送電動作を開始させる。また、これとともに、車両ＥＣＵ１８０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０を駆動して充電動作を開始する。

そして、車両ＥＣＵ１８０は、Ｓ１４０にて、充電動作を継続しつつ、所定の時間間隔ごとに、サーモカメラ１２０を用いて検出範囲内の異物の検出処理を実行する。Ｓ１４０の処理の詳細は図６にて後述するが、検出範囲内に金属物体がある場合、あるいは検出範囲内に温度異常が認められた場合には充電動作が停止され、異常が認められなかった場合には充電動作が継続される。なお、電磁界による温度上昇は瞬間的には生じにくいので、Ｓ１４０の処理は、所定の時間間隔（たとえば、１分または５分）ごとに実行するようにしてもよい。

車両ＥＣＵ１８０は、Ｓ１５０にて、充電動作が停止されたか否かを判定する。なお、この充電動作の停止については、Ｓ１４０の処理において異常が検出されたことに伴って充電動作停止された場合だけでなく、蓄電装置１９０が満充電まで正常に充電が完了したことに伴って充電動作が停止された場合を含む。

充電動作が停止されていない場合（Ｓ１５０にてＮＯ）は、処理がＳ１２０に進められ、赤外線センサ１２２によって再び進入物体が検出されたか否かを判定する。

充電動作が停止された場合（Ｓ１５０にてＹＥＳ）は、処理がＳ１６０に進められ、車両ＥＣＵ１８０は、赤外線センサ１２２およびサーモカメラ１２０を停止して処理を終了する。

一方、Ｓ１２０において、赤外線センサ１２２によって進入物体が検出された場合（Ｓ１２０にてＹＥＳ）は、処理がＳ１７０に進められ、車両ＥＣＵ１８０は、給電装置２００へ送電電力を基準電力以下に低下する指令を出力する。これによって、進入物体へ与えられる電磁界を低減することができる。なお、送電電力の低下は、送電を停止することを含む。

その後、車両ＥＣＵ１８０は、警報出力部１９７を用いて、後続のＳ１９０で判定に用いる所定時間が経過するまで、継続的にまたは断続的に警告動作を行なう。この警告動作は、たとえば、進入物体が生物の場合に、警告音を出力することによって電磁界発生領域の外へ追い払うことを目的としたものである。警告音としては、当該制御のための専用のブザーやボイスアラームを用いてもよいし、車両のクラクションを鳴らすようにしてもよい。そして、車両ＥＣＵ１８０は、Ｓ１９０にて予め定められた所定時間が経過したか否かを判定する。

所定時間が経過していない場合（Ｓ１９０にてＮＯ）は、Ｓ１２０に処理が戻され、再び赤外線センサによる進入物体が検出されたか否かを判定する。Ｓ１８０で行なった警告動作によって、進入物体が電磁界発生領域からいなくなっていれば、車両ＥＣＵ１８０は、警告動作を停止するとともにＳ１３０へ処理を進め、上記で説明したような処理を実行する。進入物体が依然として電磁界発生領域に留まっているときには、車両ＥＣＵ１８０は、Ｓ１８０の警告動作を継続しつつ、所定時間が経過するのを待つ。

所定時間が経過した場合（Ｓ１９０にてＹＥＳ）は、車両ＥＣＵ１８０は、進入物体が生物ではないか、あるいは生物であっても電磁界発生領域の外に出る意志がないものと判断し、処理をＳ２００に進めて、送電動作を完全に停止する指令を給電装置２００へ出力する。これによって、電磁界による進入物体への影響を排除できる。

その後、車両ＥＣＵ１８０は、赤外線センサ１２２およびサーモカメラ１２０を停止するとともに（Ｓ２１０）、ユーザに対して、進入物体の検出により送電を停止したことを通知する。

次に、ステップＳ１４０における、サーモカメラを用いた異物検出処理の詳細を、図６のフローチャートを用いて説明する。なお、上述のように、当該処理は、充電動作が実行されている間に所定の時間間隔ごとに実行される。

図１および図６を参照して、車両ＥＣＵ１８０は、Ｓ３００にて、サーモカメラ１２０から得られた温度分布の情報に基づいて、検出領域内に、予め定められた基準温度αを上回るような発熱物が存在するか否かを判定する。基準温度αは、たとえば１００℃程度である。

発熱物が存在していない場合（Ｓ３００にてＮＯ）は、車両ＥＣＵ１８０は、以降の処理をスキップして、図５のフローに処理を戻しＳ１５０に処理を進める。

発熱体が存在していると判定した場合（Ｓ３００にてＹＥＳ）は、処理がＳ３１０に進められ、車両ＥＣＵ１８０は、送電動作を停止する指令を給電装置２００へ出力して、送電を一時的に中断させる。

そして、車両ＥＣＵ１８０は、Ｓ３２０にて、送電動作を停止した状態を予め定められた所定の期間継続し、その後に再びサーモカメラ１２０を用いて温度分布を測定する。これにより、送電の有無による温度変化を検出し、発熱の要因が送電動作により生じる電磁界に起因するものであるか否かを判断する。

車両ＥＣＵ１８０は、Ｓ３３０にて、上記の発熱物の温度Ｔがしきい値γを下回る温度まで低下したか否か（Ｔ＜γ）を判定する。しきい値γは、たとえば４０℃程度である。

発熱物の温度Ｔがしきい値γを下回る温度まで低下した場合（Ｓ３３０にてＹＥＳ）は、車両ＥＣＵ１８０は、発熱の要因は充電動作により生じる電磁界によるものと判断する。特に、温度の上昇および低下が比較的早く変化する場合には、発熱物は比熱の小さい金属のような物体である可能性が高い。このような金属物体が電磁界発生領域内にあると、送電動作を継続すると、急激にかつより高温に発熱してしまうおそれがある。そのため、車両ＥＣＵ１８０は、Ｓ３８０にて充電動作を停止し、当該異物を除去することを促すためにユーザに通知を行なう（Ｓ３９０）。

発熱物の温度Ｔがしきい値γを下回る温度まで低下していない場合（Ｓ３３０にてＮＯ）は、処理がＳ３４０に進められて、車両ＥＣＵ１８０は、発熱物の温度Ｔが、しきい値γ以上であるが、基準温度αとしきい値γとの間の値を有する別のしきい値β（α＞β＞γ）よりも小さいか否か（γ≦Ｔ＜β）を判定する。しきい値βは、たとえば８０℃程度である。

発熱物の温度Ｔがしきい値γ以上でかつしきい値βより小さい（γ≦Ｔ＜β）場合（Ｓ３４０にてＹＥＳ）は、車両ＥＣＵ１８０は、発熱の要因は充電動作によるものではあるが、金属に比べて比熱が大きく、急激な発熱のおそれはないものと判断する。そして、Ｓ３５０に処理が進められて、車両ＥＣＵ１８０は、送電動作を再開する指令を給電装置２００に出力し、送電を再開する。

一方、発熱物の温度Ｔがしきい値β以上（β≦Ｔ）の場合（Ｓ３４０にてＹＥＳ）は、充電動作を停止しても依然として高温の状態であるので、車両ＥＣＵ１８０は、発熱の要因は充電動作によるものではないと判断する。このような状態となる要因としては、たとえば、外気温の上昇や日射の影響によるもの、または、他の発熱源からの熱によるものなどが考えられる。この場合には、車両ＥＣＵ１８０は、Ｓ３６０にて充電動作を停止し、ユーザに対して温度異常を通知する（Ｓ３７０）。

図６に示される処理の後、図５のステップＳ１５０に処理が戻され、充電動作が停止されている場合には処理を終了し、充電動作が継続されている場合には処理がＳ１２０に戻されて、進入物体の有無の検出を継続する。

なお、サーモカメラの検出範囲には、共鳴コイルなどの送電に用いられる装置が含まれるが、これらの装置についても、送電動作によるエネルギの伝達によってある程度発熱する。そのため、送電動作により、当然に発熱が生じることが予想される部分については、サーモカメラにより撮像された温度分布画像にマスク等の処理を行なうことによって、誤検出を防止することがより好ましい。

以上のような処理に従って制御を行なうことによって、非接触給電システムにおいて、送電装置と受電装置との間の異物を適切に検出するとともに、当該異物に対する影響を抑制することができる。また、赤外線センサとサーモカメラとを組み合わせて用いることによって、電磁界発生領域内への物体の進入および滞留を検出するとともに、電磁界発生領域内における異物の発熱の要因について判別を行なうことができる。

特に、微小な金属などの電磁界発生領域への進入については、赤外線センサで検出することがそもそも困難であるので、サーモカメラを用いた送電動作中の温度分布により検出することが必要である。そして、本実施の形態においては、上述のように、送電動作の開始前に赤外線センサによる異物検出を行ない、その後、赤外線センサにより異物が検出されない場合に送電動作を実行しながらサーモカメラによる異物検出を行なう。このように、まず送電動作を必要としない異物検出を実施し、それに引き続いて送電動作を伴う異物検出を行なうことで、異物検出のために無駄に電力が消費されることが抑制することができる。

［実施の形態２］
実施の形態１においては、車両に、異物検出のための赤外線センサおよびサーモカメラが、備えられる構成について説明した。

実施の形態２においては、給電装置側に赤外線センサおよびサーモカメラが設けられ、給電ＥＣＵによって異物検出を行なう構成について説明する。

図７は、実施の形態２に従う非接触給電システム１０Ａの全体ブロック図である。図７においては、図１と同様に、非接触給電システム１０Ａは、車両１００Ａと給電装置２００Ａとを含んで構成されるが、赤外線センサ１２２Ａ、サーモカメラ１２０Ａおよび警報出力部２７０が、給電装置２００Ａに設けられている点が異なっている。なお、図７において、図１と重複する要素の説明は繰り返さない。

赤外線センサ１２２Ａおよびサーモカメラ１２０Ａは、送電部２２０が設置される駐車場などの地面近傍に設置される。赤外線センサ１２２Ａおよびサーモカメラ１２０Ａは、図４と同様に、これらの検出範囲が電磁界発生領域を含むように配置される。

赤外線センサ１２２Ａ、サーモカメラ１２０Ａおよび警報出力部２７０についての機能は、実施の形態１において車両に備えられていた赤外線センサ１２２、サーモカメラ１２０および警報出力部１９７の機能と基本的には同じである。

給電ＥＣＵ２６０は、赤外線センサ１２２Ａおよびサーモカメラ１２０Ａからの情報を受け、実施の形態１における車両ＥＣＵ１８０と同様に、図５および図６で示したフローチャートに従って制御を行なう。

このように、給電装置側において異物検出を行なうことによって、赤外線センサおよびサーモカメラを有していない車両に対しても異物検出を行なうことが可能となる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０，１０Ａ 非接触給電システム、１００，１００Ａ 車両、１１０ 受電部、１１１ 二次共鳴コイル、１１２，２２２ コンデンサ、１１３ 二次コイル、１２０，１２０Ａ サーモカメラ、１２２，１２２Ａ 赤外線センサ、１３０ 整流器、１４０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、１５０ 蓄電装置、１６０ ＰＣＵ、１７０ モータジェネレータ、１９０ 蓄電装置、１８０ 車両ＥＣＵ、１９０，２５０ 通信部、１９５ 表示部、１９７，２７０ 警報出力部、２００，２００Ａ 給電装置、２１０ 交流電源、２２０ 送電部、２２１ 一次共鳴コイル、２２３ 一次コイル、２３０ 高周波電源、２４０ 整合器、３００ 電源、６００ 負荷。

Claims (18)

1. 送電装置から転送される電力を、電磁共鳴によって非接触で受電するための受電装置であって、
   前記送電装置に含まれる送電部と電磁共鳴することによって前記送電装置からの電力を受電する受電部と、
   前記受電部で受電された電力を蓄えるための蓄電装置と、
   前記送電部と前記受電部との間に進入する物体の動きを検出するための第１の検出装置と、
   前記送電部と前記受電部との間の温度分布に関する情報を検出するための第２の検出装置と、
   前記第１および第２の検出装置によって検出された情報に基づいて、前記送電部と前記受電部との間の異物の有無を判定する制御装置とを備える、受電装置。
2. 前記制御装置は、前記第１の検出装置により進入する物体がないことが検出された場合は、前記送電装置からの送電動作を実行させつつ、前記第２の検出装置により温度分布に関する情報を検出する、請求項１に記載の受電装置。
3. 前記制御装置は、前記第２の検出装置により検出された温度分布に関する情報によって、第１のしきい値を上回る温度を有する物体が検出された場合は、前記送電装置からの送電動作を予め定められた期間停止する、請求項２に記載の受電装置。
4. 前記制御装置は、前記予め定められた期間が経過後、前記第１のしきい値を上回る温度を有していた物体の温度が、前記第１のしきい値よりも小さい第２のしきい値を下回った場合は、ユーザに通知を行なう、請求項３に記載の受電装置。
5. 前記制御装置は、前記第１のしきい値と前記第２のしきい値との間の値を有する第３のしきい値を有し、
   前記制御装置は、前記予め定められた期間が経過後、前記第１のしきい値を上回る温度を有していた物体の温度が、前記第２のしきい値と前記第３のしきい値との間の値を示す場合は、前記送電装置からの送電動作を再開させる、請求項４に記載の受電装置。
6. 前記制御装置は、前記第１のしきい値と前記第２のしきい値との間の値を有する第３のしきい値を有し、
   前記制御装置は、前記予め定められた期間が経過後、前記第１のしきい値を上回る温度を有していた物体の温度が、前記第１のしきい値と前記第３のしきい値との間の値を示す場合は、ユーザに温度異常であることを通知する、請求項４に記載の受電装置。
7. 前記制御装置は、前記第１の検出装置により進入した物体があることが検出された場合は、所定期間が経過するまで、前記送電装置からの送電電力を予め定められた基準電力よりも小さく設定する、請求項１に記載の受電装置。
8. 前記所定期間の間、進入した物体に対して警告を出力するための警報出力部をさらに備える、請求項７に記載の受電装置。
9. 前記制御装置は、前記所定期間が経過した後において、さらに前記第１の検出装置により進入物体があることが検出された場合には、前記送電装置からの送電動作を停止させる、請求項７または８に記載の受電装置。
10. 前記制御装置は、前記所定期間が経過した後において、さらに前記第１の検出装置により進入した物体があることが検出された場合には、ユーザに通知を行なう、請求項７に記載の受電装置。
11. 前記第１の検出装置は、赤外線センサを含む、請求項１に記載の受電装置。
12. 前記第２の検出装置は、サーモカメラを含む、請求項１に記載の受電装置。
13. 前記第１および第２の検出装置の検出範囲は、前記送電部と前記受電部との間において電磁界が生じる範囲が含まれるように設定される、請求項１に記載の受電装置。
14. 送電装置に含まれる送電部と電磁共鳴することによって前記送電装置からの電力を非接触で受電する受電部と、
    前記受電部で受電された電力を蓄えるための蓄電装置と、
    前記蓄電装置からの電力を用いて走行駆動力を生成するための駆動装置と、
    前記送電部と前記受電部との間に進入する物体の動きを検出するための第１の検出装置と、
    前記送電部と前記受電部との間の温度分布に関する情報を検出するための第２の検出装置と、
    前記第１および第２の検出装置によって検出された情報に基づいて、前記送電部と前記受電部との間の異物の有無を判定する制御装置とを備える、車両。
15. 前記第１の検出装置は、その検出視野の方向が、前記車両の底面における長手方向となるように配置される、請求項１４に記載の車両。
16. 前記第２の検出装置は、その検出視野の方向が、前記車両の底面における長手方向となるように配置される、請求項１４に記載の車両。
17. 電磁共鳴によって、受電装置へ非接触で電力を送電するための送電装置であって、
    前記受電装置に含まれる受電部と電磁共鳴することによって前記受電装置へ電力を送電する送電部と、
    前記送電部と前記受電部との間に進入する物体の動きを検出するための第１の検出装置と、
    前記送電部と前記受電部との間の温度分布に関する情報を検出するための第２の検出装置と、
    前記第１および第２の検出装置によって検出された情報に基づいて、前記送電部と前記受電部との間の異物の有無を判定する制御装置とを備える、送電装置。
18. 電磁共鳴によって非接触で電力を転送するための非接触給電システムであって、
    送電部を含む送電装置と、
    前記送電部と電磁共鳴を行なう受電部を含む受電装置と、
    前記送電部と前記受電部との間に進入する物体の動きを検出するための第１の検出装置と、
    前記送電部と前記受電部との間の温度分布に関する情報を検出するための第２の検出装置と、
    前記第１および第２の検出装置によって検出された情報に基づいて、前記送電部と前記受電部との間の異物の有無を判定する制御装置とを備える、非接触給電システム。

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